电渣炉熔炼过程TS-PID模糊控制方法研究

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电渣重熔是金属及其合金的一种特殊熔炼方法,生产的钢具有纯度高、成分均匀、组织质密、机械性能良好等显著特点,被广泛应用在航空、航天、军工、能源工业等具有特殊要求的场合。为了得到高质量重熔钢锭,就需要对熔炼电流、熔炼电压、熔化速度和电极浸入渣池深度等控制参数进行精确控制,同时还要保证整个重熔过程的稳定性与可靠性,就必须采用合理的控制方法与参数优化算法。本文在借鉴原有经典PID控制经验基础之上,针对生产实践中存在的一些实际问题,并结合电渣熔炼过程工艺控制模型的特点,设计了一种基于遗传算法的参数可优化的TS-PID模糊控制器。该控制器设计的不同之处在于:其一,相比较PID控制,模糊智能控制以其控制灵活、适应性强等优点更适合于类似电渣炉多变量、非线性、参数时变以及随机干扰性强的复杂对象的控制;其二,模糊控制器中对输入变量的模糊化处理的设计方法恰好可应用于解决电渣熔炼过程中各工艺阶段间如何平滑过渡处理的问题;其三,TS-PID模糊规则的设计中后件变量的线性输出采用PID形式的组合输出方式,这样一方面规则中控制参数的确定可充分借鉴现场PID参数整定所积累的大量丰富经验知识,另一方面在模糊控制中保留了经典PID控制简单、有效的优点。其四,在后件控制参数确定的问题上本文采用遗传智能优化算法寻优取值策略。按所给优化性能指标,对被控对象进行寻优学习。在实际经验知识所确定的参数取值范围内搜索,这样既保证了解的最优性又可以加快搜索收敛的速度,寻优后的控制参数来作用于系统可以实现更加满意的控制性能。在Matlab/Simulink环境下搭建系统模型仿真平台,并对其进行仿真实验分析,结果表明该控制系统跟踪性能好、稳态精度高。在熔炼过程各工艺阶段电流波动程度均明显减小,控制平稳、可靠。从而保证了生产的铸锭品质优良,单位能耗降低,这对提高电渣冶金企业整体经济效益具有非常重要的意义,同时也为复杂工业过程优化控制提供值得借鉴的工业化实现方法。
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